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07膜蒸馏技术的应用

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膜蒸馏技术的应用

目前膜蒸馏尚未被商家接受而全面进入工业应用,膜蒸馏过程的研究尚需要在以下几方面取得突破:① 研制出价格低、通量大,耐用性好的MD用膜,尤其是中空纤维膜;② 设计出传热、传质性能优良的膜组件;③ 解决MD过程中的膜污染和膜润湿问题;④ 提高热量利用率,降低膜蒸馏过程的能耗。

1 海水、苦咸水脱盐

研究者们对膜蒸馏用于海水、苦咸水脱盐方面进行了大量研究工作,以期与反渗透相竞争。膜蒸馏的产水质量是其他膜过程所不能比拟的,Karakulski等将不同的造水膜过程进行了对比:UF能脱除悬浮物和胶体,NF可完全除掉水中的有机碳,硬度可降低60%~87%,RO可将总固溶物截留99.7%;质量最好的水是由膜蒸馏制备,产水的电导可达到0.8μS/cm, 固溶物质量分率达0.6×10-6。但目前尚无性能良好的专门膜蒸馏用膜,膜蒸馏在大规模海水脱盐上仍难以与反渗透技术相媲美。

2 非挥发性溶质水溶液浓缩

膜蒸馏与其他膜过程相比,其主要优点之一是可以在极高的浓度条件下运行,即可以把非挥发性溶质的水溶液浓缩到极高的程度,甚至达到饱和状态。吴庸烈等采用自制的不对称聚偏氟乙烯膜开展了从牛磺酸废液中回收牛磺酸的实验研究;杜军等使用聚偏氟乙烯微孔膜,以减压膜蒸馏法浓缩含铬离子水溶液体系;Tomaszewska利用直接接触式膜蒸馏浓缩纯化氟硅酸、柠檬酸和硫酸等酸溶液,对柠檬酸和硫酸的截留率接近100%,对氟硅酸可将浓度从2%浓缩至35%,且发现对非挥发性酸的膜蒸馏过程类似于盐溶液的膜蒸馏过程;Rincon等用直接接触式膜蒸馏浓缩甘醇类水溶液,截留率亦接近100%;膜蒸馏技术用于浓缩果汁等液体食品加工过程中,具有保持食物原有的色、香、味,营养不被破坏等突出优点,但上述工作大多仍处在实验室研究阶段。

3 水溶液中挥发性有机物溶质脱除

膜蒸馏用于脱除挥发性有机物的研究已有很多,如从水溶液中脱除甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、氯仿、甲基异丁基酮以及卤代挥发性有机化合物,同时脱除丙酮、乙醇和丁醇等。恒沸混合物采用膜蒸馏处理,可打破固有的气、液平衡关系,得到较好的分离,如甲酸/水恒沸混合物的分离、丙酸/水恒沸混合物的分离。

4 废水处理

膜蒸馏在废水处理方面应用前景广阔。Zakrzewska等经研究发现,膜蒸馏在处理低放射性废水方面具有突出优点,能够将放射性废水浓缩至很小的体积,并具有极高的截留率,很容易达到排放标准。Cryta等采用超滤顺蒸馏集成处理含油的废水,经超滤得到的渗透液含油小于5mg/L,再将超滤得到的渗透液经MD进一步净化,油可以全部除去,另外可将水中99.5%的有机物和99.9%的溶质除去;沈志松等采用减压膜蒸馏处理丙烯腈工业废水,可以达到国家颁布的丙烯腈排放控制要求;Banat等采用PP管状膜组件对含亚甲基蓝的废水作为料液进行了真空膜蒸馏的实验研究,效果良好。

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